基于人工势场法的移动机器人避障算法研究

摘要

智能移动机器人是目前科学技术领域最火热的方向之一。不仅在服务、工业和农业等行业中起着重要的作用，而且在城市安全、航空航天、军事侦查等领域中也都有着巨大的发展空间。因此，智能移动机器人得到了来自世界各国各行业的广泛关注。在对机器人的研究领域内，路径规划算法又是移动机器人导航问题的关键技术，它保证了机器人在复杂的环境中能安全的到达目标点。
　　为解决传统人工势场法中目标不可达和局部极小值问题，做了如下工作:
　　(1)为了解决传统人工势场法中目标不可达问题，本文改进了传统人工势场法中的斥力势场函数。在传统人工势场法中，机器人和障碍物的距离决定着斥力场的大小。如果目标点附近没有障碍物，斥力场会随着机器人和目标点的距离越来越近而趋近于零。如果目标点附近有障碍物，斥力场会随着机器和障碍物的距离变小而增大。针对该不足，将移动机器人和目标点的欧几里德距离添加到斥力函数中，保证目标点所在位置都是全局势场最小点。通过仿真，证明了被改进算法的有效性。
　　(2)为了解决传统人工势场法中局部极小值问题，本文提出了一种基于情景行为的障碍物连接法。根据机器人陷入的情景考虑是否将多个障碍物连接为一个整体障碍物，并在机器人陷入局部最小值区域添加虚拟的斥力场来帮助机器人逃离局部最小值区域。通过仿真，证明该算法的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 论文研究的目的和意义

1．3 移动机器人国内外研究现状

1．4 本文的主要工作及内容安排

1．4．1 论文的主要工作

1．4．2 论文的结构安排

第二章 机器人环境建模和路径规划

2．1 环境建模

2．1．1 单元分解建模

2．1．2 几何地图建模

2．1．3 拓扑地图建模

2．2 移动机器人的传感器系统

2．2．1 移动机器人的内部传感器

2．2．2 移动机器人的外部传感器

2．3 路径规划方法

2．4 本章小结

第三章 经典的人工势场算法

3．1 人工势场法的原理

3．1．1 引力函数

3．1．2 斥力函数

3．1．3 全局势场函数

3．2 基于速度的人工势场法

3．3 传统人工势场法存在的问题

3．4 本章小结

第四章 基于改进的人工势场法避障算法的研究

4．1 目标点不可达问题的解决

4．1．1 问题分析

4．1．2 新的势场函数的建立

4．2 局部最小点问题的解决

4．2．1 形成局部最小值的原因

4．2．2 局部最小值的检测

4．2．3 基于融合情境行为的机器人障碍物连接法

4．3 算法流程

4．4 实验比较

4．5 本章小节

5．1 总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和科研成果

致谢